Kenőanyagok - Kenőolajok. Fogarasi Zsolt Miklós, Görög András Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem

Átírás

1 Kenőanyagok - Kenőolajok Fogarasi Zsolt Miklós, Görög András Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem

2 Tartalom MOL LUB Kft. Kenőanyagok Kenőolajok

3 MOL-LUB Kft

4 KENŐANYAGOK FEJLŐDÉSE A kenőanyagok a kezdetleges mechanikai szerkezetek megjelenésétől jelen vannak. A korai tengelyek fából készültek, amik forgását állati eredetű zsírokkal könnyítették meg. Az iparosodás során a kenőanyagok már hűtőközegként is funkcionáltak. A mozgó alkatrészek és körülmények változása a kenőanyagok fejlődését napjainkban is megköveteli.

5 KENŐANYAGOK FELADATAI A kenőanyagok filmet hoznak létre az elmozduló, súrlódó alkatrészek között. Ennek megfelelően csökkentik a súrlódási tényezőt, Csökkentik a kopást, Megvédik az alkatrészeket a berágódástól, Védik és passziválják a felületet, Gátolják a korróziót, Stb., Növelik a rendszer élettartamát! A kenőanyagok szerkezeti elemekké váltak!

6 KENŐANYAGOK FELOSZTÁSA Halmazállapot szerint Gázok Folyadékok Konzisztens anyagok Szilárd kenőanyagok A kenőanyagok kiválasztását az alkalmazási körülmények szabják meg, így legnagyobb volumenben a folyadékokra van igény

7 KENŐOLAJOK FELHASZNÁLÁSA Közlekedési kenőolajok Motorolajok Hajtóműolajok Ipari olajok Hidraulikaolajok Turbinaolajok Kompresszorolajok Szerszámgép olajok Hőközlő folyadékok Egyéb területek Élelmiszeripari olajok Gyógyászati (fehér) olajok

8 KENŐOLAJOK ELŐÁLLÍTÁSA Szakzsargon olajkeverés Szakaszos eljárás T ( C) m (t) t (h)

9 KENOLAJOK FELÉPÍTÉSE ~ 80% bázisolaj Ásványi Gr. I. Gr. II. Gr. III. Szintetikus Gr. IV (PAO) Gr. V (egyéb, pl. észter) ~ 20% adalék Viszkozitás módosító Folyáspont módosító Detergens Diszpergens Kopásgátló Oxidációgátló Súrlódás módosító Habzásgátló

10 ALAPOLAJOK FUNKCIÓI A bázisolaj szerepe a kenőanyagokban Biztosít némi kenést Oldószer az adalékokhoz Hőközvetítő közeg Tisztító ágens Megfelelő folyási tulajdonságokat kölcsönöz

11 ALAPOLAJOK FELOSZTÁSA API bázisolaj kategóriák Csoport Kéntartalom, Telített szénhidrogének, Viszkozitás tömeg % tömeg % Index Group I > 0,03 és/vagy < Group II < 0,03 és > Group III < 0,03 és > 90 > 120 Group IV Poli-alfa-olefinek (PAO) Group V Egyéb bázisolajok

12 LEGFONTOSABB PARAMÉTER Kinematikai viszkozitás Megadja a folyadék csúsztató erővel szembeni ellenállását Magyarul: mennyire folyik adott hőmérsékleten μ = π x r 4 x g x l x t = 8L x V k x (t 1 - t 2 ) μ: kinematikai viszkozitás r: kapilláris sugara l: átlagos hidrosztatikus fej g: gravitációs gyorsulás V: áramló folyadék térfogata t: idő k: kapilláris állandó

13 ADLÉKOK Aktív Inaktív

14 LEGFONTOSABB ADALÉKOK Viszkozitás módosító Folyáspont csökkentő

15 LEGFONTOSABB ADALÉKOK II Diszpergens Habzásgátló

16 MI VAN A FLAKONON?

17 Adalékgyártás Fazekas Attila Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem

18 AZ ADALÉK CSALÁDOKBÓL MIT FED LE A MOL-LUB PORTFOLIO? Inaktív Aktív Folyáspont csökkentő Tapadás javító Kopásgátló Oxidációgátló Viszkozitás módosító Nyomásálló adalék Oldásközvetítő Korróziógátló (De) Emulgeáló szerek Súrlódás módosító Biocid Diszpergens Habzásgátló Detergens 18

19 KÉT VEGYÜLETCSOPORT: VISSZA A KÉMIÁHOZ Ditiokarbamátok Aktív Kopásgátló Nyomásálló adalék Polialkil-szukcinimidek Oxidációgátló Korróziógátló Diszpergens Detergens 19

20 DETERGENS/DISZEPREGENS: SZUKCINIMIDEK SZUKCINIMID ÜZEMRÉSZ TERMIKUS TECHNOLÓGIA (CSAK DISZPERGENS): Maleinálás: CH C CH C MSA + Poli-isobutilén O O O Maleinsavanhid MMSA=98 Acilezés: PIBBA + poliamin CH3 PIBBA + R CH2 C = CH2 R CH = C CH2 CH C Poli(izo-butilén) MPIB=950 PIBBA + H2N (C2H4 NH)4 H CH3 CH2 C O Poliizobutenil-borostyánkősavanhidrid MPIBBA=1048 mono- vagy bisz-szukcinimid + víz O O CH3 R CH = C CH2 CH C CH2 C O N (C2H4 NH)3 C2H4-NH2 + H2O PIBBA MPIBBA=1048 Tetraetilén-pentamin MTEPA=189 O mono-szukcinimid Mmono=1219 Víz Mvíz=18 20

21 DETERGENS/DISZEPREGENS: SZUKCINIMIDEK SZUKCINIMID ÜZEMRÉSZ OLDÓSZERES TECHNOLÓGIA Katalitikus addicionálás ( PIB + MSA + DTBP (kat.) + Xilol) Oldószermentesítés Hígítás, szűrés Acilezés 21

22 EP/AW: DITIOKARBAMÁTOK Százhalombatta Kísérleti Üzem CS2-alapú kémia: Hamumentes: Metilén bisz(dibutil-ditiokarbamát) Cink-alapú (nem gyártott) Egyéb kísérleti alkalmazások: Cink-alapú (gumiipari ultragyorsító) Cink-Mangán alapú (mg.-i fungicid) 22

23 EGYEDI ADALÉKOK: TENZIDEK Tenzid I: Makroemulzió Alk. terület: Kőolajkitermelés EOR Elsődleges és másodlagos technológiával csak 30-60% kitermelhető Cél: termelékenység növelése Tenzid II: Mikroemulzió Alk. terület: gázkutak kezelésére Kút körüli zónát kitisztítja, több esetben kőolajtermelés is megvalósult Cél: vízhozam csökkentés 23

24 ZSÍRFŐZÉS ADALÉK: SŰRÍTŐK Kenőzsírokat sűrítők típusa szerint is csoportosíthatjuk (Li, LiX, CaS, CaSX, AlX, polimer, stb.) Alu-komplex zsírsűrítő előállítása Zsír prekurzor (közti-termék) Kétlépcsős gyártása: Al-isopropoxid (ALIP) Al-oxo-sztearát A végső komplex struktúra a zsírgyártás során alakul ki Piacon értékesíthető köztitermék zsírgyártó cégeknek (AlX részesedés: 35% EU-ban) 24

25 A MOL-LUB ADALÉKGYÁRTÁS ÜZEMEI Zsír- és adalékgyártás Zsírüzem Adaléküzem Kísérleti üzem Szukcinimid üzemrész Poliszukcinimid üzemrész Tenzid üzemrész RALOX üzem Ditiokarbamát gyártás Mono és biszukcinimidek Poliszukcinimidek Tenzidek ALIP üzemrész RALOX üzemrész 25

26 AZ ADALÉKOK JÖVŐJE Az adalékok elengedhetetlen kellékei a modern kenőanyagokanak A fejlsztés alkalmazott tudomány és kémia: Felhasználás fókuszú Kísérlet alapú zsákutcákkal MOL- LUB nagy hangsúlyt fektet az adalék-üzletág kiterjesztésére a 2030-as Stratégiájának megfelelően 26

27 Kenőzsírok Pölczmann György Almásfüzitő

28 Témakörök Kenőzsírok definíciója Kenőzsírok összetétele, csoportosítása Kenőzsírok előállítása Kenőzsírok felhasználása Kenőzsírok fejlesztése

29 Definíció ASTM D288: szilárd-félfolyadék diszperzió Diszpergált anyag: sűrítő Diszperziós közeg: kenőolaj (alapolaj) Sinitsyn: kenőanyag, ami bizonyos körülmények között (hőmérséklet, terhelés) szilárd anyagként viselkedik, majd a terhelés növelésével plasztikus folyadékként kezd folyni. A folyamat reverzibilis. Szilárd Hőmérséklet/nyomás/nyírás Félfolyadék Ishchuk: sűrítőből és olajból álló diszperzió, ahol a diszpergált fázis Három dimenziós vázat (térhálót) alakít ki a bázisolajban A sűrítő egy vagy két dimenzióban a kolloid mérettartományba esik A sűrítőt és az olaj között másodlagos kölcsönhatások lépnek fel

30 Összetétel ~20% adalék ~0-10% adalék ~4-18% sűrítő ~ 80% bázisolaj ~ 70-96% bázisolaj Bázisolajok (MOL-LUB) Group I-es olajok ( cst V40) Group IV-es olajok (poli-alfa-olefinek) Adalékok ~olaj adalékok (EP/AW adalékok, polimerek,korróziós inhibítorok, stb.) egyéb szilárd adalékok (grafit, molibdén-szulfid, stb.)

31 Kenőzsírok csoportosítása Összetétel szerint Bázisolaj alapján Kőolaj alapú Szintetikus Félszintetikus Növényi olaj alapú Sűrítő típusa alapján Fémszappan alapú Hagyományos Komplex Nem szappan alapú NLGI konzisztencia fokozat szerint Felhasználás szerint

32 Sűrítőtípusok AlX CaS Poliurea Ca Bentonit Polimer

33 Fontosabb kenőzsír sűrítők és azok tulajdonságai A sűrítő típusa Maximális o C Mechanikai stabilitás Kalcium-szappan (víztartalmú) Kalcium-szappan (vízmentes) Vízállóság Olajtartó képesség MOL kenőzsír 60 Közepes Jó Jó Calton 120 Jó Jó Jó Caltek Kalcium-komplex szappan Közepes Jó Jó Neoma Lítium-szappan 120 Jó Jó Jó Liton Lítium-komplex szappan Jó kitűnő Jó Jó kitűnő Favorit Alumínium-szappan 70 Gyenge Jó Jó Alumínium-komplex szappan Jó Kitünő Jó Alubia, Aluroll, Alugear Kalcium szulfonát 200 Kitűnő Kitűnő Kitűnő Sulphogrease Organofil bentonit Közepes Jó Jó Helios

34 Kenőzsír sűrítők Hagyományos fémszappanok Előállítás: nagy szénatomszámú karbonsav és fém-hidroxid reakciója O O 2C 17 H 35 C OH + Ca(OH) 2 C 17 H 35 C C 17 H 35 C O O Ca + 2H 2 O O

35 Kenőzsír sűrítők Komplex sűrítők Többféle karbonsavat tartalmazó, bonyolultabb kristályszerkezetű vegyületek

36 Kenőzsír sűrítők Nem szappan alapú sűrítők Agyagásványok (bentonit) Polimerek Polikarbamid PE, PP, PTFE

37 Kenőzsír gyártás a sűrítő típusa szerint

38 Kenőzsírok adalékolása Kedvezőtlen hatás a szerkezetre és a kenőzsír egyéb tulajdonságaira Optimális hatékonyság bizonyos adalékolási szinten, felette túladagolási kedvezőtlen hatás A különböző adalék típusok szinergizmusa mellett néha antagonisztikus hatás mutatkozik Az egyik fajta (bázisú) kenőzsírban hatékony az adalék, míg a másikban nem mutat kedvező hatást Speciális követelményt kielégítő kenőzsír speciális alapolaja miatt eltérő adalék-package igény

39 NLGI konzisztencia fokozat NLGI: National Lubricating Grease Institute Penetráció: 60 törés után, 25 C-on mérve NLGI fokozat Penetráció [0,1 mm] A kenőzsír állaga Folyós Folyós Nagyon lágy Lágy Mérsékelten lágy Félfolyékony Félkemény Kemény Nagyon kemény

40 Kenőzsírok NLGI szerinti osztályozása NLGI 4 NLGI 1

41 Kenőzsírok előállítása Szakaszos folyamat Fő lépések: Sűrítő előállítása A sűrítő oldása olajban Hűtés, adalékolás Homogenizálás, légtelenítés Kiszerelés ALAPOLAJOK SZAPPAN ALKOTÓK ALAPOLAJOK SZAPPAN ALAP ADALÉKOK ALAPZSÍR Sűrítő típusonként eltérő SZAPPAN ALAP GYÁRTÁS ALAPZSÍR SZERKEZET KIALAKÍTÁSA ADALÉKOLÁS, TELJESÍTMÉNYSZINT BEÁLLÍTÁSA gyártástechnológia T max = C P max = 0-6 barg KISZERELÉS HOMOGENIZÁLÁS ÉS LÉGTELENÍTÉS

42 Zsírfőző készülékek Kontaktor (autokláv) Duplikátor

43 Al-komplex kenőzsír előállítása

44 Li-12HSA kenőzsír gyártása Sűrítő előállítása Alapolaj 1/3 bemérése Szilárd zsírsavak (12-HSA) bemérése Kevertetés, felfűtés LiOH bemérés Kevertetés, melegítés, nyomás emelése Hőn tartás Programozott hűtési és keverési folyamat indítása Nyomás elengedése Sűrítő oldása olajban 2/3 alapolaj bemérése (visszahűtő olaj) Kevertetés, felfűtés Polimerek bemérése Felfűtés, hőn tartás, intenzívebb kevertetés Hűtés, adalékolás Hűtési és keverési folyamat folytatása, adalékolás Festés Hűtés folytatása Homogenizálás, légtelenítés Kiszerelés

45 Kenőzsírok homogenizálása Egyenletesebbé teszi a sűrítő eloszlását Javítja a kenőzsír megjelenését Javítja a kenőzsír mechanikai tulajdonságait Homogenizátorok A zsírt egy szűk résen keresztül préselik Pl. Gaulin homogenizáló

46 Vizsgálati módszerek Penetráció Nyugalmi Törés utáni Cseppenéspont Korróziós tulajdonságok Réz Acél EP,AW tulajdonságok Négygolyós Timken Hidegoldali tulajdonságok Folyási nyomás Hidegindítási nyomaték Olajelválás Tárolás alatt Melegítés hatására Vízállóság Statikus Vízpermet SKF V2F FAG FE9 SKF ROF, ROF+ Röpállóság EMCOR Dinamikus vízállóság Presenting to [name] 46

47 Kenőzsír kiszerelése

48 A zsírkenés előnyei Egyszerűbb tömítési konstrukció, a kenési helyről nem folyik el A csapágy oldalán gátat alkotva megakadályozza a szennyezők bejutását A kenési helyre egyszerűen eljuttatható A kenési helyen több évig használható, leállás esetén védi a felületet Megfelelő konstrukció esetén kisebb veszélyt jelent a környezetre Csökkenti a csapágyzajt

49 Nem célszerű zsírkenést alkalmazni Nagy fordulatszámú csapágyak esetén (n-határ csapágy tervezés) Magas üzemi hőmérséklet esetén, mert olajkenéssel a hűtés is megoldható Ha a csapágyazás súrlódási veszteségének csökkentése fokozott követelmény Ha egy szerkezeten belül más gépelemek kenéséhez már olajat használunk

50 Kenőzsírok felhasználása Már az ókorban is használták (állati zsíradék) Ipari forradalom: kőolaj alapú termékek (tiszta zsírsavak, párlatok)

51 Kenőzsírok felhasználása Napjaink: széleskörű felhasználás, speciális igények, széles választék Szintetikus olajok, komplex sűrítők, polimerek, agyagásványok, szerteágazó funkcionális adalékcsaládok

52 Kenőzsírok felhasználása Napjainkban Sűrítő típusa NLGI fokozat Speciális igények Élelmiszeripar Fő felhasználási területek Gördülőcsapágyak Siklócsapágyak Hajtóművek Lánchajtások Kábelek Típus T max [ o C] Mechanikai stabilitás Vízállóság Olajtartó képesség Nátrium-szappan 120 Közepes Gyenge Közepes Kalcium 60 Közepes Kitűnő Jó Kalcium-komplex Közepes Jó Jó Lítium 150 Jó Jó Jó Lítium-komplex Kitűnő Jó Jó Alumínium 70 Gyenge Jó Jó Alumínium-komplex Jó Kitűnő Jó Polikarbamid 180 Jó Kitűnő Jó Organofil bentonit Közepes Jó Jó

53 Környezeti tényezők/követelmények/válaszok

54 Kenőzsír sűrítők összeférhetősége Ca Alkomplex Cakomplex Bentonit Li (12-HSA) Li-komplex Poliurea Al-komplex - I B I I C B Ca I - I C B C B Ca-komplex B I - I I C C Bentonit I C I - I I I Li (12-HSA) I B I I - C B Li-komplex C C C I C - B Poliurea B B C I B B - C: összeférhetők I: nem összeférhetők B: részlegesen összeférhetők

55 Kenőzsírok kiválasztása Környezeti tényezők Hőmérséklet Szennyezők Agresszív környezet Munkakörülmények Terhelés Sebesség Vibráció Karbantartás Egyéni kenés Központi kenés Élettartam kenés Konstrukció Horizontális, vertikális Jelenlegi kenés (kompatibilitás)

56 Kenőzsírok fejlesztése fejlesztési igény beérkezése nem reális igények elutasítása kis mennyiség, technikai korlátok vagy laborkapacitás korlátok miatt megfelelő igényre elindul a fejlesztés de csak kevesen igénylik a közös munkát miért lenne fontos ez? a komplexitás miatt fontos a folytonos kommunikáció mindkét oldalról!

57 Elméleti kenőzsír formulázás lépései 1. az alapolaj viszkozitásának kiválasztása 2. az alapolaj típusának kiválasztása 3. sűrítő kiválasztása az alkalmazás, a szükséges konzisztencia és mechanikai stabilitás alapján 4. sűrítő és alapolaj kiválasztása a szükséges termikusoxidációs stabilitás alapján 5. adalékok kiválasztása az alkalmazáshoz szükséges további tulajdonságokhoz biztosításához

58 Tendenciák a kenőzsír fejlesztésben és - felhasználásban Eltolódás a magasabb teljesítményű kenőzsírok felé Nem szappan alapú kenőzsírok részarányának lassú növekedése Szintetikus alapolajok használatának lassú emelkedése Kenőzsír felhasználás csökkenése (Pl: járműipar) Környezetvédelmi szempontok figyelembevétele Fejlesztés a speciális igények alapján Presenting to [name] 58